之前的虛擬制片系列文章分享中，介紹了虛擬制片技術(shù)、VP與傳統(tǒng)VFX的差異，以及四種主要的VP類型，今天讓我們進(jìn)一步走進(jìn)虛擬制片，探討為什么動(dòng)作捕捉能夠成為VP流程中的關(guān)鍵要素。

動(dòng)作捕捉技術(shù)

動(dòng)作捕捉是虛擬制片的關(guān)鍵技術(shù)之一，它可以將生物或物體在現(xiàn)實(shí)世界中的真實(shí)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為虛擬世界中的數(shù)字化運(yùn)動(dòng)，這一技術(shù)在可視化和實(shí)時(shí)制作中尤為重要，可以說動(dòng)捕技術(shù)的應(yīng)用使人和物體運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)可視化成為了可能。

除了人、動(dòng)物和道具的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)捕捉，虛擬制片中的攝影機(jī)追蹤也是通過動(dòng)捕技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。將動(dòng)捕系統(tǒng)獲得的實(shí)拍攝影機(jī)位置數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給虛擬攝影機(jī)，就可以實(shí)現(xiàn)虛擬攝影機(jī)和實(shí)拍攝影機(jī)運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)匹配，從而在拍攝現(xiàn)場(chǎng)完成鏡頭畫面的實(shí)時(shí)渲染與合成。

動(dòng)作捕捉的方法

從追蹤方式的角度來(lái)看，動(dòng)作捕捉可分為由外向內(nèi)的跟蹤（Outside-in）和由內(nèi)向外的跟蹤（Inside-out）兩大類。

由內(nèi)向外的跟蹤是指通過在人或物體上放置傳感器來(lái)跟蹤人或物體的運(yùn)動(dòng)，動(dòng)作捕捉是通過傳感器“向外看”來(lái)調(diào)查環(huán)境并計(jì)算位置變化而實(shí)現(xiàn)的。不同的應(yīng)用場(chǎng)景下有不同類型的傳感器，最常用的由內(nèi)向外的跟蹤傳感器包括攝像頭、紅外 （IR） 激光器和慣性測(cè)量單元 （IMU）。

由外而內(nèi)的跟蹤是在指定的捕捉區(qū)域周圍放置一定數(shù)量的傳感器（通常是攝像頭），并讓傳感器朝向“被捕捉”的空間以創(chuàng)建用于動(dòng)作捕捉的舞臺(tái)來(lái)跟蹤演員或物體的跟蹤方法。動(dòng)捕攝影棚可以選擇使用各種不同的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)捕捉，但是，多數(shù)動(dòng)捕攝影棚都會(huì)選擇使用精確度更高的光學(xué)動(dòng)作捕捉相機(jī)。

大預(yù)算的虛擬制片項(xiàng)目幾乎都是使用光學(xué)動(dòng)捕系統(tǒng)來(lái)跟蹤攝影機(jī)、道具和演員運(yùn)動(dòng)的。通過動(dòng)捕相機(jī)通過采集粘貼在演員或物體上標(biāo)記點(diǎn)的反射光線，經(jīng)由動(dòng)捕軟件實(shí)時(shí)解算，獲取標(biāo)記點(diǎn)在3D空間中的位置數(shù)據(jù)，從而得到演員和物體在捕捉區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。

動(dòng)作捕捉方式的優(yōu)劣勢(shì)

這兩種類型的跟蹤各有其優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中，選擇哪種捕捉方式取決于具體的項(xiàng)目需求。

對(duì)于大型制作項(xiàng)目，選擇由外向內(nèi)的跟蹤才是明智的。因?yàn)樗梢?strong>更加精準(zhǔn)地確定捕捉對(duì)象在現(xiàn)實(shí)三維場(chǎng)景中的位置。而由內(nèi)向外的跟蹤在位置方面的精準(zhǔn)程度較低，很難驗(yàn)證精確的世界位置?；?IMU 的跟蹤系統(tǒng)更是如此，因?yàn)樗鼈兪?strong>位置漂移的影響很嚴(yán)重。漂移是加速度計(jì)和陀螺儀測(cè)量中的小誤差積累，這些誤差會(huì)隨著時(shí)間的推移而不斷積累，導(dǎo)致軟件對(duì)演員或物體的測(cè)量值不斷“漂移”和遠(yuǎn)離他們?cè)谖锢硎澜绲恼鎸?shí)對(duì)應(yīng)物的位置。

特別是對(duì)于ICVFX來(lái)說，誤差更是難以容忍的，因?yàn)橹挥袑?duì)蹤攝像機(jī)進(jìn)行更穩(wěn)定、更精準(zhǔn)的跟蹤，才能在實(shí)際拍攝中保持始終一致的準(zhǔn)確視差（視差：從有一定距離的兩個(gè)點(diǎn)上觀察同一個(gè)目標(biāo)所產(chǎn)生的方向差異）。

當(dāng)然，由外向內(nèi)的跟蹤也會(huì)存在動(dòng)捕標(biāo)記點(diǎn)被遮擋等問題。但通常來(lái)說，標(biāo)記點(diǎn)在單個(gè)攝像機(jī)中被遮擋并不是問題，因?yàn)閯?dòng)捕系統(tǒng)是由許多不同位置的動(dòng)捕相機(jī)共同組成的，其他角度的動(dòng)捕相機(jī)可能可以采集到這個(gè)標(biāo)記點(diǎn)。只有當(dāng)少于三臺(tái)動(dòng)捕相機(jī)捕捉到標(biāo)記點(diǎn)時(shí)，遮擋才會(huì)可能成為影響數(shù)據(jù)質(zhì)量的問題。因?yàn)閯?dòng)捕系統(tǒng)在工作中通常需要三臺(tái)動(dòng)捕相機(jī)同時(shí)對(duì)標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行三角測(cè)量，才能在3D空間中準(zhǔn)確地創(chuàng)建該點(diǎn)。

硬件解決方案

為進(jìn)一步減小甚至消除遮擋問題對(duì)捕捉質(zhì)量的影響，動(dòng)作捕捉企業(yè)已經(jīng)探索出了一些解決辦法。

硬件方面，動(dòng)捕標(biāo)記點(diǎn)已經(jīng)被嘗試開發(fā)為非球面形狀，并放置在稍微遠(yuǎn)離被跟蹤演員/物體的位置，這種方法可以使動(dòng)捕系統(tǒng)在更大程度上捕捉標(biāo)記點(diǎn)，從而顯著減少遮擋。此外，主動(dòng)發(fā)光標(biāo)記點(diǎn)也是提高對(duì)象可見性的有效方法。被動(dòng)發(fā)光標(biāo)記點(diǎn)是表面具有反光帶或反光涂料的標(biāo)記點(diǎn)，主動(dòng)發(fā)光標(biāo)記點(diǎn)是內(nèi)置LED的標(biāo)記點(diǎn)。通常來(lái)說，主動(dòng)發(fā)光標(biāo)記點(diǎn)在動(dòng)捕相機(jī)內(nèi)的亮度更高，因而更容易被動(dòng)捕相機(jī)識(shí)別到。

最后，不斷提高的動(dòng)捕相機(jī)硬件精度和分辨率也大大增加了相機(jī)對(duì)標(biāo)記點(diǎn)的有效識(shí)別距離。Vicon最新的Valkyrie系列動(dòng)捕相機(jī)擁有高達(dá)2600萬(wàn)像素的分辨率和每秒2000幀的高速捕捉模式。

軟件解決方案

?動(dòng)捕軟件的發(fā)展也是克服標(biāo)記點(diǎn)被遮擋問題的有效方法。比如Vicon的Shogun軟件在剛體跟蹤模式下，就可以快速自動(dòng)識(shí)別已創(chuàng)建的跟蹤對(duì)象，并能夠在多個(gè)標(biāo)記點(diǎn)被完全遮擋的情況下進(jìn)行跟蹤。這一功能在技術(shù)上是通過將多個(gè)標(biāo)記點(diǎn)虛擬連接在一起以形成剛性對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如果該對(duì)象上的標(biāo)記（一個(gè)或多個(gè)）被遮擋，軟件將根據(jù)剩余標(biāo)記點(diǎn)自動(dòng)計(jì)算它們的位置。

與剛體跟蹤一樣，Shogun軟件對(duì)人體的跟蹤也采用了類似的方法。將動(dòng)捕演員身上按模板粘貼的標(biāo)記點(diǎn)連接在一起，完成角色建立，軟件就可以在標(biāo)記點(diǎn)被遮擋或掉落時(shí)實(shí)時(shí)自動(dòng)計(jì)算丟失標(biāo)記點(diǎn)的位置，進(jìn)而計(jì)算身體組件的運(yùn)動(dòng)軌跡。

技術(shù)+創(chuàng)造力

虛擬制片是技術(shù)和創(chuàng)造力的融合。隨著實(shí)時(shí)可視化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，虛擬制片的表現(xiàn)方式也越來(lái)越多樣化。虛擬制片技術(shù)在主流電影制作中的爆炸式增長(zhǎng)也促使越來(lái)越多的后期制作流程前置到拍攝階段，使制作團(tuán)隊(duì)可以實(shí)時(shí)、快速、直觀地了解影片創(chuàng)意的制作效果，使拍攝現(xiàn)場(chǎng)更加沉浸、高效。

結(jié)語(yǔ)

虛擬制片開啟全新的創(chuàng)作領(lǐng)域，帶來(lái)美輪美奐的感官體驗(yàn)。迪生數(shù)字，提供提供最前沿的動(dòng)作捕捉和虛擬制作產(chǎn)品與服務(wù)，用技術(shù)賦能藝術(shù)創(chuàng)作，打造的實(shí)時(shí)、穩(wěn)定、沉浸式的視覺效果，助您突破圈層、點(diǎn)燃創(chuàng)意，探索影視制作的無(wú)限可能！